面向工业现场的短程无线监控网络系统设计与实现

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1、上海大学硕士学位论文摘要随着无线通信技术的日趋成熟与发展，无线通信方式在工业控制领域中已经有了越来越广泛的应用，工业无线监控网络就是在这种趋势和背景下发展起来的。本论文首先介绍了工业应用环境中无线通信技术的研究背景、意义以及国内外研究概况，分析了当前无线通信技术在工业现场应用环境中存在的主要问题，并简要描述了相关无线通信技术标准、物理层传输技术、数据链路层协议等方面的内容。其次，针对工业现场监控任务对网络通信实时性要求，设计了一种基于令牌控制策略的MAC层协议。协议栈中令牌控制子层采用令牌机制管理各站点对无线信道的访问，克服了原有MAC子层CSMA／CA机制无序竞争的缺陷，保证了

2、数据传输的时间确定性。协议设计中定义了控制帧和数据帧结构，并对网络的组建与维护过程做了详细地介绍。同时，文中还叙述了协议栈模型、逻辑令牌环动态建立、令牌故障的自恢复机制等内容。然后，从实际工程应用角度出发，设计了一种基于IEEE802．15．4a标准的工业无线短程监控网络主／从站点，给出了硬件设计电路图和相关软件配置方式。同时，还设计并实现了用于对令牌网络进行实时监听的网络嗅探器以及用于人机交互和数据实时显示的PC平台监控软件WICN．Monitor。最后，以所设计的硬件平台为基础，采用自主设计的令牌控制协议实现了一个用于监控温度、湿度、光线强度的WICN网络系统，并在实验室环境

3、下进行了相关测试，结果表明所设计的WICN无线网络主／从站点能够稳定运行，令牌MAC协议及WICN监控网络数据通信的实时性可以满足一般工业监控网络系统的要求。关键词：工业无线监控网络；介质访问控制协议：令牌机制；网络嗅探器V上海大学硕士学位论文ABSTRACTWiththematurityanddevelopmentofwirelesscommunicationtechnology,itsapplicationinindustrialcontrolnetworkswillberealizedinlargeareas．Thewirelessindustrialcontrolnetw

4、orkhasbeendevelopedatthisbackground．Firstly,thesituationandpotentialdeploymentprospectofwirelesscommunicationusedinindustrialenvironmentsareintroducedandtheexistingproblemsarepointedout．Currentwirelesscommunicationprotocols，physicaltechniquesanddatalinklayerprotocolarealsobrieflyanalyzed．Seco

5、ndly,Inaccord．ancewithreal．timeperformanceofnetworkcommunicationinthefieldofindustrialmonitoring，thispaperpresentsawirelessnetworkprotocol，whichbasesonTokencontrolstrategy．Tokencontrolsublayermanagesthewirelesschannelaccessbythetoken．ItovercomestheshortcomingsoftheCSMA／CAdisorderedcompetition

6、onMACsublayer,ensuresthedeterministicpropertyofdatatransmission．Theprotocoldefinesstructureofcontrolpacketsanddatapacketindetail，andspecifiestherulesofhowtobuildofandmaintainthenetwork．Thepaperalsorecountsprotocolstackmodel，thedynamiccreationoflogictokenring，andthetokenself-recoveryschemes，et

7、c．Thirdly,thispaperpresentsthedesignofwirelessmaster／slavestationsproceededfromactualengineeringapplication，whichbasesonthewirelessIEEE802．15．4astandard．Thebasichardwarecircuitsandsoftwareflowchartaregiven．Meanwhile，thenetworksnifferwhichcani